Систем
Скачать 345.91 Kb.
|
Молекулярно-кинетические свойства. Они связаны с тепловым движением частиц (броуновское движение и диффузия) и определяются размером и массой частиц, или зависят от числа частиц в единице объема раствора (осмос). Поскольку размер и масса частиц дисперсной фазы значительно больше, чем молекул и ионов в истинных растворах, броуновское движение и диффузия проявляются в коллоидных растворах в гораздо меньшей степени, чем в истинных. Осмотическое давление коллоидных растворов очень низкое ввиду малой концентрации коллоидных частиц. Оптические свойства. Специфической особенностью коллоидных растворов является их способность рассеивать свет. Это свойство обусловлено размерами коллоидных частиц. Истинные растворы прозрачны, поскольку содержащиеся в них молекулы и ионы имеют размеры 10-10 - 10-9 м, существенно меньшие, чем длины волн видимого света (~ 10-7 м). Размеры частиц в коллоидных растворах (10-7 - 10-9 м) соизмеримы с длинами волн видимого света, поэтому коллоидные растворы рассеивают свет. Рассеяние света можно наблюдать при боковом освещении коллоидного раствора: при обычном боковом освещении - в виде голубоватой опалесценции раствора, а в случае точечного источника света - в виде светящегося конуса (эффект Тиндаля). Рассеяние света тем сильнее, чем меньше длина волны падающего излучения. Поэтому красный свет рассеивается в меньшей степени, а голубой - в большей. Образование коллоидных аэрозолей в атмосфере вызывает рассеяние солнечного света, придающее небу голубой цвет. Электрокинетические свойства. Поскольку составные части коллоидного раствора электрически заряжены, при наложении внешнего постоянного электрического поля можно наблюдать перемещение дисперсной фазы и дисперсионной среды друг относительно друга. Впервые эти явления наблюдал Ф.Ф.Рейсс. Вставив в слой влажной глины две стеклянные трубки, наполненные кварцевым песком и водой, он опустил в трубки электроды, подключенные к источнику постоянного электрического тока. Спустя некоторое время уровень воды в анодном пространстве понизился, а в катодном – повысился за счет перемещения дисперсионной среды в направлении одного из электродов. Одновременно вода в анодном пространстве мутнела вследствие появления суспензии глины, значит, частицы дисперсной фазы также перемещались, но в противоположном направлении. Движение коллоидных частиц в электрическом поле называется электрофорезом, а движение растворителя - электроосмосом. Скорость движения частиц при электрофорезе можно рассчитать по уравнению Гельмгольца – Смолуховского: εНζ v = ——— 4πη где v – электрофоретическая скорость, ε – диэлектрическая проницаемость раствора, Н – напряженность внешнего электрического поля (приложенный потенциал), ζ – электрокинетический потенциал, η – вязкость раствора. Электрофоретическая подвижность коллоидных частиц рассчитывается по формуле: v εζ v0 = — = ——— Н 4πη С помощью электрофореза можно определить знак заряда частиц дисперсной фазы и значение ζ-потенциала. При пропускании тока через ткани живых организмов также наблюдаются электрофорез и электроосмос. Эти явления широко применяются в медико-биологических исследованиях: при диагностике заболеваний, разделении аминокислот, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, антител и др. Позднее были обнаружены и обратные явления - возникновение разности электрических потенциалов при перемещении дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы или, наоборот, при перемещении дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды. Возникающие потенциалы получили названия потенциала протекания и потенциала седиментации соответственно. Коллоидные растворы представляют собой термодинамически неустойчивые системы, в которых проявляется тенденция к снижению поверхностной энергии Гиббса за счет укрупнения частиц и уменьшения суммарной поверхности раздела фаз. Слипание коллоидных частиц приводит к увеличению их массы, в результате чего более крупные частицы под действием силы тяжести оседают на дно (седиментируют). Известны, однако, многочисленные коллоидные растворы, в которых не происходит слипания частиц в течение длительного времени. Способность дисперсной системы сохранять во времени свое состояние и свойства характеризует устойчивость дисперсной системы. Различают седиментационную и агрегативную устойчивость. Седиментационная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не оседать под действием сил тяжести. Агрегативная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы противостоять их слипанию между собой. Седиментационная устойчивость коллоидных систем обусловлена малыми размерами частиц и их броуновским движением. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов с ионным стабилизатором обусловлена наличием на поверхности частиц диффузной ионной атмосферы, которая препятствует их слипанию. Агрегативная устойчивость - результат воздействия на сближающиеся коллоидные частицы двух противоположно направленных сил: Ван-дер-Ваальсовых сил межмолекулярного притяжения и электростатических сил отталкивания одноименно заряженных частиц. При большой толщине диффузной части мицеллы преобладают силы отталкивания между одноименно заряженными противоионами. При малой толщине диффузного слоя частицы сближаются на расстояния, при которых молекулярное притяжение сильнее, что приводит к их агрегации (слипанию). Таким образом, агрегативная устойчивость коллоидных систем зависит от условий формирования мицеллы - заряда твердой фазы, толщины и заряда диффузного слоя. Она тем больше, чем выше заряд твердой фазы (межфазный потенциал), чем больше толщина диффузного слоя и чем больше значение ζ-потенциала. Коллоидные растворы с ионным стабилизатором устойчивы, если ζ-потенциал превышает 50 мВ, относительно устойчивы при 30 ζ 50 мВ и неустойчивы при ζ 30 мВ. Потеря агрегативной устойчивости приводит к слипанию коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов - коагуляция. Следствием коагуляции является потеря седиментационной устойчивости: укрупненные частицы оседают под действием возросшей силы тяжести. Примером коагуляции коллоидной системы служит процесс свертывания крови. Ему способствует наличие в крови катионов кальция, поэтому для длительного хранения крови, предназначенной для консервирования, эти ионы удаляют из крови различными физико-химическими методами. Коагуляцию можно вызвать различными внешними воздействиями: добавлением небольших количеств электролита, концентрированием коллоидного раствора, изменением температуры, действием ультразвука, электромагнитного поля и др. Наибольшее практическое значение имеет коагуляция под действием электролитов. Согласно правилу Шульце - Гарди, коагуляцию коллоидных растворов вызывают любые ионы, имеющие знак заряда, противоположный заряду гранул, причем их действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта. Для количественной оценки коагулирующей способности электролитов введено понятие порога коагуляции, т.е. минимальной концентрации электролита, достижение которой вызывает начало коагуляции, заметное по помутнению раствора или изменению его окраски. Порог коагуляции можно рассчитать по формуле: 1000СэлVэл Спор = Vкр + Vэл где Спор - порог коагуляции электролита, ммоль/л; Сэл - исходная концентрация раствора электролита, моль/л; Vэл - добавленный объем раствора электролита, вызвавший начало коагуляции; Vкр - исходный объем коллоидного раствора. Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью КС: КС = 1/Спор Коагулирующая способность иона-коагулянта пропорциональна его заряду в шестой степени. Например, коагуляцию золя AgCl, полученного в избытке Cl--ионов и имеющего отрицательно заряженные гранулы, вызовут положительно заряженные ионы, причем при добавлении к этому золю растворов NaCl, CaCl2 или AlCl3 коагулирующее действие катионов Na+, Ca2+ и Al3+ будет находиться в приблизительном соотношении 16: 26 :36 1 : 64 : 729. Иными словами, для коагуляции потребуется добавить гораздо меньшее количество раствора AlCl3, чем раствора CaCl2 и тем более раствора NaCl. Если золь AgCl был образован в избытке потенциалопределяющих катионов Ag+ и имеет свойственный им положительный заряд гранулы, то коагуляцию такого золя вызовут анионы. При этом наиболее эффективным коагулянтом в ряду KCl - K2SO4 - K3PO4 будет анион с наибольшим зарядом, поскольку КС(Cl-) : КС(SO42-) : КС(РО43-) 1 : 64 : 729. Влияние электролита на коагуляцию коллоидных растворов следует учитывать при введении электролитов в живые организмы. Например, физиологический раствор NaCl (0,9%) нельзя заменить изотоническим раствором MgSO4, поскольку двухзарядные ионы Mg2+ и SO42- обладают значительно большим коагулирующим действием, чем однозарядные ионы Na+ и Cl-. При инъекциях электролитов в мышечную ткань следует вводить их постепенно, чтобы не вызвать локальной коагуляции биосубстратов. О протекании процесса коагуляции можно судить по величине ζ-потенциала. Коагуляция становится возможной при снижении толщины диффузного слоя мицеллы и соответствующего уменьшения дзета-потенци-ала. Снижение величины ζ-потенциала до 25-30 мВ свидетельствует о начале коагуляции, хотя внешних признаков (помутнения или изменения окраски) может не наблюдаться из-за низкой скорости этого процесса (так называемая "скрытая" коагуляция). Дальнейшее снижение ζ-потенциала сопровождается увеличением скорости коагуляции и помутнением раствора ("явная" коагуляция), и при ζ = 0 скорость коагуляции максимальна. Состояние коллоидных частиц, при котором электрокинетический потенциал равен 0, называется изоэлектрическим состоянием. В этом состоянии заряд гранул равен 0, поэтому в электрическом поле они не приобретают направленного движения. Коагуляцию можно также вызвать, действуя смесями электролитов. При этом существует три возможных варианта взаимодействия между электролитами-коагулянтами: 1) аддитивное действие - суммирование коагулирующего действия ионов; так, смесь солей KCl и NaNO3, не взаимодействующих друг с другом, проявляет аддитивное действие по отношению к коллоидам с гранулами, заряженными как положительно, так и отрицательно (в первом случае коагуляцию вызывают анионы, во втором - катионы солей); 2) антагонизм - ослабление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого; например, добавка Na2SO4 ослабляет коагулирующее действие катионов Ва2+ из-за того, что растворе протекает реакция Ва2+ + SO42- BaSO4, приводящая к снижению концентрации этих катионов; 3) синергизм - усиление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого; например, коагулирующее действие FeCl3 и KSCN в отношении коллоидов с положительно заряженными гранулами (коагулянты - однозарядные анионы) резко возрастает при их совместном присутствии, поскольку в результате реакции Fe3+ + 6SCN- [Fe(SCN)6]3- образуется трехзарядный комплексный анион, проявляющий высокую коагулирующую способность. При смешении двух коллоидных растворов, содержащих частицы с противоположными зарядами гранул происходит взаимная коагуляция - слипание разноименно заряженных гранул в крупные агрегаты. При этом коагуляция происходит тем полнее, чем полнее нейтрализуются заряды гранул. Свежеполученный при коагуляции осадок можно вернуть в коллоидное состояние. Процесс, обратный коагуляции - превращение осадка в устойчивый коллоидный раствор, называется пептизацией. Пептизации способствует промывание осадка чистым растворителем, вымывающим из системы ионы-коагулянты, и добавление электролита-пептизатора, содержащего ионы, способные, адсорбируясь на поверхности частиц осадка, восстановить ионные атмосферы вокруг них и перевести их в коллоидное состояние. Пептизация усиливается при перемешивании и нагревании. Процесс пептизации лежит в основе лечения многих заболеваний: рассасывания атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов, почечных и печеночных камней. Однако застарелые тромбы и уплотнившиеся камни не пептизируются. Устойчивость коллоидных растворов можно повысить добавлением к ним некоторых высокомолекулярных соединений (ВМС). Это явление получило название коллоидной защиты. Защитное действие ВМС объясняется тем, что они адсорбируются на поверхности коллоидных частиц. При этом гидрофобные участки их структур (углеводородные радикалы) обращены к частицам дисперсной фазы, а гидрофильные фрагменты (полярные группы) обращены наружу, к воде. Вокруг мицеллы образуется дополнительная оболочка из макромолекул ВМС и их собственных гидратных оболочек, которая препятствует сближению коллоидных частиц. По отношению к водным коллоидным растворам защитным действием обладают растворимые в воде белки, полисахариды, пектины. Белки препятствуют выпадению в осадок малорастворимых холестерина и солей кальция на стенках кровеносных сосудов, образованию камней в мочевыводящих и желчепроводящих путях. В фармации защитные свойства ВМС используются для повышения устойчивости лекарственных препаратов, находящихся в коллоидном состоянии. Коллоидная защита возможна при достаточно высокой концентрации ВМС, обеспечивающей образование мономолекулярной защитной оболочки вокруг мицеллы. Небольшая добавка ВМС приводит к обратному эффекту: макромолекулы взаимодействуют одновременно с несколькими коллоидными частицами, связывая их с образованием рыхлых хлопьев. Агрегирование частиц дисперсной фазы в лиофобных коллоидных растворах под действием небольших количеств ВМС называется флокуляцией. На явлении флокуляции основан метод очистки природных и питьевых вод. В качестве флокулянта используется хорошо растворимый в воде синтетический полимер - полиакриламид. К лиофильным коллоидным растворам относятся растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений (ВМС) в тех растворителях, где они хорошо растворимы. Наибольшее значение имеют водные коллоидные растворы водорастворимых ПАВ и ВМС (в том числе белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, смешанных биополимеров). При малых концентрациях дифильных молекул ПАВ в воде они образуют истинный раствор, причем молекулы ПАВ сосредоточены в основном в мономолекулярном поверхностном слое, что вызывает резкое снижение поверхностного натяжения раствора при увеличении его концентрации вплоть до определенного значения - критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). При еще более высокой концентрации молекулы ПАВ и ВМС объединяются в стойкие ассоциаты - мицеллы. При этом образуется лиофильный коллоидный раствор. Для неионогенных ПАВ величина ККМ составляет 10-5 - 10-4 моль/л, для ионогенных - 10-3 - 10-2 моль/л. При образовании коллоидных частиц молекулы ПАВ ориентируются так, чтобы поверхность мицеллы по полярности была близка дисперсионной среде. В полярной дисперсионной среде (вода) поверхность мицеллы образована полярными группами, а ядро - гидрофобными фрагментами молекул ПАВ. В неполярной дисперсионной среде (масло) ядро мицеллы формируется из полярных групп, а ее поверхность - из гидрофобных фрагментов молекул ПАВ. При концентрациях ПАВ ниже ККМ на границе раздела между водным раствором и неполярной средой образуется монослой из молекул ПАВ. При концентрациях, превышающих ККМ, в растворе возникают мицеллы. Их форма меняется по мере увеличения концентрации от сферической к эллипсоидной, затем цилиндрической и гексагональной, кроме объемных структур, образуются также плоские - пластинчатые или дискообразные мицеллы. Среди ПАВ, содержащихся в живом организме, следует отметить фосфолипиды, склонные к образованию пластинчатых мицелл. При встряхивании или перемешивании таких коллоидных растворов возникают замкнутые бислойные микрокапсулы (полости), внутри которых содержится вода - липосомы. Поскольку липосомы близки по свойствам клеткам живых тканей, с их помощью удобно водить лекарственные средства в организм больного; этот метод получил название микрокапсулирования. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ увеличение размера мицелл и их агрегирование приводит к образованию связнодисперсной системы - возникает сплошная гелеобразная структура из мицелл. Таким образом, изменяя концентрацию или температуру, можно вызвать обратимые переходы в цепочке: |
Похожие:
 | Рабочая программа учебной дисциплины диагностика и надежность автоматизированных систем В настоящее время растет сложность систем автоматизации и управления технологическими процессами. К надежности этих систем предъявляются... |  | Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем.... |
| Рабочая программа учебной дисциплины проектирование автоматизированных информационных систем Курс «Проектирование автоматизированных информационных систем» направлен на изучение современных методов и средств проектирования... | | Программа дисциплины "Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных... Целью дисциплины является изучение инициированных высокоэнергетической радиацией процессов деградации и модифицирования структуры... |
| Исследование систем управления процесс определения организационной... Место исследований систем управления в комплексе дисциплин по теории и практке управления | | Краткие итоги Набор для практики Вопросы Упражнения Ос multics и "Эльбрус" от файловых систем в ос для пэвм; файлы последовательного и прямого доступа; директория, способы организации... |
| Институт информатики, иноваций и бизнес-систем Теоретические основы построения и функционирования информационных систем в производстве | | Ю. Ф. Филиппова ... |
| Рефератов по дисциплине «Организация ЭВМ и систем» Сравнительный анализ процессоров мобильных устройств и встраиваемых систем (Intel Atom, pxa, armx) | | Основные тенденции развития денежно-кредитных и финансовых систем стран СНГ Снг в части, относящейся к познанию современных тенденций развития национальных денежно-кредитных и финансовых систем государств... |
| Информация застройщикам о пожарной безопасности систем вентилируемых фасадов При проектировании и монтаже навесных фасадных систем необходимо руководствоваться следующими рекомендациями | | Программа учебной дисциплины «эксплуатация систем электроснабжения» Целью изучения дисциплины «Эксплуатация систем электроснабжения» является формирование у студентов профессиональных навыков по использованию... |
| Правительство Российской Федерации Государственное образовательное... Тема Сравнительный анализ экспертных систем и систем поддержки принятия решений | | Методические рекомендации по освоению учебной дисциплины «организация... М является усвоение базовых знаний о принципах организации современных ЭВМ и систем, на основе которых студенты могли бы самостоятельно... |
| Рабочая программа учебной дисциплинЫ «монтаж и эксплуатация оборудования... Целью освоения дисциплины «Монтаж и эксплуатация оборудования систем электроснабжения» является получение студентами базовых знаний... | | Российской Федерации Самарский государственный архитектурно-строительный... Иас – совокупности взаимоувязанных автоматизированных систем, объединенных общей целью функционирования |
